Пластическая деформация металла. Диаграмма зависимости напряжений и деформации.

Для понимания физических и механических свойств происходящих в металле под нагрузкой изучается такое понятие, как деформация. В зависимости от напряжений деформация бывает:

• упругой
• пластической

При упругой деформации — возникшие изменения исчезают после прекращения воздействий вызывающих ее напряжений.

Пластическая — остаточные изменение формы после снятия действия вызвавших ее напряжений. Данное явление имеет особенное значение, поскольку в структуре кристаллов происходят непоправимые передвижения атомов.

Понимание основных понятий деформации ( механических и физических свойств) позволяют рассчитать максимально допустимые нагрузки в металлоконструкциях.

Напряжение металлов

Для начала стоит рассмотреть понятие напряжения металлов.

Напряжением металлов называется отношение силы приложенной к образцу или к поперечному сечению образца.

Напряженное состояние металлов характеризуется следующими показателями: 

δпр, δт, δупр, δп. 

Диаграмма связи между напряжениями и деформациями

динамика гука– изменения (деформация) в направлении действия силы, 

 δ – деформирующее напряжение

 δп — предел пропорциональности,

 δупр — предел упругости,

 δт — предел текучести,

 δпр — предел прочности металла или временное сопротивление разрушению. 

Нормальное напряжение

Нормальное напряжение первоначально вызывает упругую деформацию в монокристалле, приводящую к изменению положения отдельных групп атомов друг относительно друга, а после снятия нагрузки возвращению атомов свои первоначальные положения. 

При возникновении нормальных напряжений превышающих силы межатомного притяжение происходит разрушение металла.

Напряжение соответствующее максимальной нагрузке, при достижении которой соблюдается закон Гука ( изменение нагрузки приводит к пропорциональному изменению длины образца) — называется пределом пропорциональности.

 δпр=Рпр/Sо (МПа), где:

Sо- начальная площадь поперечного сечения образца :  Sо= Пd_o² / 4

Р — нагрузка.

Пределом упругости называется условное напряжение, соответствующее нагрузке, вызывающей остаточную деформацию заданной величины.

При достижении предела упругости, после снятия нагрузки, размеры образца изменяется, такая деформация называется остаточной.

Физическим пределом текучести называются напряжения, соответствующее нагрузке, вызывающий массовую пластическую деформацию в образце.

δт=Pт/So (МПа)

На диаграмме состояний δт соответствует минимальной точке на площадке текучести. При достижении точки δт происходит изменение длины образца при постоянной нагрузке.

δпр- соответствует максимальной нагрузке, которая может выдержать образец до начала разрушения.

При испытании металла на разрыв изготавливают образцы специальной формы и размеров, которые оговариваются ГОСТом 1497 -86. В тех случаях, когда размеры заготовки или изделия не позволяют произвести вырезку образца- испытание проводят на натуральных образцах.

Пластическая деформация происходит под действием тангенциальных напряжений, которые в 2 раза меньше нормальных.

При пластической деформации в первую очередь деформация происходит по плоскостям наиболее благоприятно ориентированным к направлению действующей нагрузки, и только после реализации таких плоскостей в работу будут вступать следующие кристаллографические плоскости.

Характеристикой упругой и пластической деформации являются модуль Юнга и модуль Гука. Обе эти характеристики являются структурно независимыми, а зависят только от природы материала.

Для понимания физических и механических свойств происходящих в металле под нагрузкой изучается такое понятие, как деформация.

Свойства пластической деформации определяют способность тел к изменению форм под воздействием внешних и внутренних сил.

Опубликовано: 04.01.2016

Поделиться:

Вернуться к списку новостей

1. Упругая и пластическая деформация.

Деформацией называется придание
материалу требуемой формы и размеров
под действием напряжений без нарушения
его сплошности. В зависимости от полноты
восстановления исходной формы и исходных
размеров тела после прекращения действия
внешних сил различают:

• упругую деформацию

Деформация, при сравнительно небольших
напряжениях и исчезающая после снятия
нагрузки, называется упругой, а
сохраняющаяся –остаточной илипластической. При увеличении
напряжений деформация может заканчиваться
разрушением.

Упругая и пластическая деформации в
своей физической основе отличаются
друг от друга. При упругой деформации
происходит обратимое смещение атомов
из положений равновесия в кристаллической
решётке. Упругая деформация не вызывает
заметных остаточных изменений в структуре
и свойствах металла. После снятия
нагрузки сместившиеся атомы под действием
сил притяжения (при растяжении) или
отталкивания (при сжатии) возвращаются
в исходное равновесное положение, и
кристаллы приобретают первоначальную
форму и размеры. Упругие свойства
материалов определяются силами
межатомного взаимодействия.

В основе пластической деформации лежит
необратимое перемещение одних частей
кристалла относительно других. После
снятия нагрузки исчезает лишь упругая
составляющая деформации.В процессе
пластической деформации происходит
изменение исходной структуры, при этом
механические свойства материала резко
повышаются.

2. Механизмы пластической деформации

Для металлов характерно большое
сопротивление растяжению или сжатию,
чем сдвигу. Поэтому процесс пластической
деформации обычно представляет собой
процесс скольженияодной части
кристалла относительно другой по
кристаллографической плоскости или
плоскостям скольжения с более плотной
упаковкой атомов. В результате скольжения
кристаллическое строение перемещающихся
частей не меняется.

Другим механизмом пластической деформации
является двойникование. Как и
скольжение, двойникование осуществляется
за счёт сдвига, однако в этом случае
происходит сдвиг части кристалла в
положение, соответствующее зеркальному
отображению несдвинутой части. При
деформации двойникованием напряжение
сдвига выше, чем при скольжении. Двойники
обычно возникают тогда, когда скольжение
по тем или иным причинам затруднено.¹¹

3. Пластичность.

На формообразование заготовок из
конструкционных материалов влияет
пластичность материалов, т. е. способность
твёрдых тел изменять форму под воздействием
внешних сил не разрушаясь и сохранять
полученную форму после прекращения
действия силы. ¹²Благодаря пластичности осуществляется
обработка металлов давлением. Пластичность
позволяет распределять локальные
напряжения равномерно по всему объёму
металла, что уменьшает опасность
разрушения.¹³

Обработка давлением применима лишь к
металлам, достаточно пластичным, и
неприменима к хрупким. Из технических
металлов пластичнее других свинец. Он
легко деформируется под давлением при
комнатной температуре. Олово, алюминий,
медь, цинк, железо и низкоуглеродистая
сталь также могут быть обработаны
давлением без нагрева (как известно,
нагрев используется для повышения
пластичности, уменьшения сопротивления
металла деформации и, следовательно,
способность его к деформации возрастает).
Пластичность средне- и высокоуглеродистой
стали и других металлов и сплавов в
холодном состоянии недостаточна.
Некоторые металлы и сплавы (например,
марганец, чугун и др.) непластичны даже
при нагревании: они остаются хрупкими
вплоть до расплавления. Такие металлы
не могут обрабатываться давлением.¹⁴

Эластичность и пластичность — Энергетическое образование

Энергетическое образование

Меню навигации

ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ

ИНДЕКС

Поиск

Рисунок 1. Пружинная проволока является примером эластичности, поскольку она возвращается к своей первоначальной форме после того, как ее натянули и надавили. ^[1]

Объекты деформируются, когда их толкают, тянут и скручивают. Эластичность — это мера степени, в которой объект может вернуться к своей первоначальной форме после того, как эти внешние силы и давления прекратятся. ^[2] Это то, что позволяет пружинам накапливать упругую потенциальную энергию.

Противоположность эластичности пластичности ; когда что-то растягивается и остается растянутым, говорят, что материал пластичен. Когда энергия расходуется на изменение формы некоторого материала, а она остается измененной, говорят, что это пластическая деформация 9.0029 . Когда материал возвращается к своей первоначальной форме, это упругая деформация . ^[3] Механическая энергия теряется всякий раз, когда объект подвергается пластической деформации. Производство товаров из сырья связано с большой пластической деформацией. Например, придание стали определенной формы (например, арматуры для строительства) связано с пластической деформацией, поскольку создается новая форма.

Рисунок 2. Полиэтиленовая пленка является примером пластика. После растяжения — остается растянутым. ^[4]

Большинство материалов имеют величину силы или давления, при которой они упруго деформируются. Если приложено большее усилие или давление, то они имеют пластическую деформацию. Материалы, которые имеют значительную пластическую деформацию перед разрушением, называются пластичными . ^[3] Материалы, которые не могут сильно растягиваться или сгибаться без разрушения, называются хрупкими . Медь довольно пластична, и поэтому она используется для изготовления проводов (большинство металлов пластичны (но особенно медь). Стекло и керамика часто хрупкие, они скорее сломаются, чем согнутся!

Чтобы узнать больше об эластичности, см. гиперфизику.

Для дальнейшего чтения

• Упругая потенциальная энергия
• Ковкий
• Медь
• Металл
• Или просмотрите случайную страницу

Ссылка

1. ↑ ]»Free Image on — Spring, Helical, Metal, Steel», Pixabay.com, 2018. [Online]. Доступно: https://pixabay.com/en/spring-helical-metal-steel-1453075/. [Доступ: 15 июня 2018 г.].
2. ↑ Р. Д. Найт, «Эластичность», в Физика для ученых и инженеров: стратегический подход, , 2-е изд. Сан-Франциско, США: Pearson Addison-Wesley, 2008, стр. 278.
3. ↑ ^{3.0 3.1} Хоукс и др., «Деформация и упругость», в Физика для ученых и инженеров, 1-е изд. Торонто: Cengage, 2014, стр. 265-268.
4. ↑ «Файл:Pvc-Film.jpg — Wikimedia Commons», Commons.wikimedia.org, 2018. [Онлайн]. Доступно: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Pvc-Film.jpg. [Доступ: 15 июня 2018 г.].

Разница между упругой и пластической деформацией

Основное различие – упругая и пластическая деформации

Деформация – это действие или процесс деформации или деформации. Когда к объекту прикладывается сила, объект либо сжимается, либо растягивается в ответ на силу. В механике сила, приложенная к единице площади, называется напряжением. Степень растяжения или сжатия (в ответ на напряжение) называется деформацией. Каждый материал по-разному реагирует на нагрузку. Реакция сильно зависит от типа химической связи вещества. Деформации могут быть упругими или пластическими в зависимости от того, что происходит после снятия напряжения. Упругая деформация — это деформация, которая исчезает при устранении внешних сил, вызывающих изменение, и связанного с ним напряжения. Пластическая деформация – остаточная деформация или изменение формы твердого тела без разрушения под действием длительной силы. Основное различие между упругой деформацией и пластической деформацией состоит в том, что упругая деформация обратима, тогда как пластическая деформация необратима.

Ключевые области, охватываемые

1. Что представляет собой упругое деформация
-Определение, влияние на химическую связь, кривая напряжения
2. Что является пластической деформацией
-Определение, Влияние на химические связи, пластическая деформация
-Определение, Влияние на химические связи, пластическая деформация
-Определение, Влияние на химические связи, Пример Вещества
3. В чем разница между упругой и пластической деформацией
    – Сравнение основных различий

Ключевые термины: деформация, упругая деформация, упругость, сила, пластическая деформация, пластичность, деформация, напряжение

Что такое упругая деформация снятие внешних сил, вызывающих альтерацию и связанное с ней напряжение. Следовательно, упругая деформация обратима и непостоянна. Упругая деформация лучше всего объясняется химическим понятием «упругость». Упругость – это способность вещества возвращаться в нормальное состояние после деформации.

Упругая деформация зависит главным образом от химической связи вещества. Если химические связи способны выдерживать высокое напряжение, деформируясь без разрыва, это вещество может подвергаться упругой деформации.

Чтобы удовлетворить эту потребность, химические связи должны растягиваться или изгибаться, когда к веществу прилагается напряжение. Растяжение и искривление химических связей должно быть временным. Однако атомы не скользят друг по другу при растяжении или изгибе. Но со временем эластичность веществ ухудшается, иногда вещество становится хрупким, теряя пластичность.

Лучшими примерами упругой деформации являются эластомеры, такие как вулканизированная резина. Вулканизированная резина имеет структуру сшитого полимера. Между полимерными цепями имеются серные мостики. Эти поперечные связи серы повышают эластичность резины, помогая ей выдерживать нагрузки.

Рис. 1: Кривая напряжения-деформации для пластичного материала

На изображении выше показана кривая напряжения-деформации для пластичного материала. Пример: медный металл. Упругая область показывает, в какой степени имеет место упругая деформация. После достижения предела упругости материал подвергается пластической деформации, которая является остаточной деформацией.

Что такое пластическая деформация

Пластическая деформация – остаточная деформация или изменение формы твердого тела без разрушения под действием постоянной силы. Это происходит, когда к веществу прикладывается большое напряжение. Пластическая деформация необратима и носит постоянный характер. Пластическая деформация лучше всего объясняется химическим понятием «пластичность». Пластичность — это качество легкости формования или формования на постоянной основе.

Пластическая деформация возникает вследствие разрыва ограниченного числа химических связей между атомами, составляющими вещество. При пластической деформации атомы могут скользить друг относительно друга. Это вызывает дислокации атомов; таким образом, материал остается неподвижным после снятия приложенного напряжения.

Для пластичных веществ пределом упругости является начальная точка пластической деформации. Предел упругости – это максимальная степень растяжения твердого тела без постоянного изменения его размера или формы. Если напряжение приложено за пределом упругости, то вещество подвергнется пластической деформации.

Рис. 2: Предел упругости, показанный на кривой напряжения-деформации

Материалы, в которых можно наблюдать пластическую деформацию, включают металлы, пластмассы, камни и т. д. В пластичных материалах, таких как металлы (например, медь), пластическая деформация имеет место, когда деформация превышает предел упругости. Но в хрупких веществах, таких как горные породы, до начала пластической деформации не может наблюдаться никакой упругой деформации. Пластическая деформация важна при изготовлении новых изделий с использованием термообработки или обработки давлением, а также формования.

Разница между упругой и пластической деформацией

Определение

Упругая деформация : Упругая деформация — это деформация, которая исчезает после устранения внешних сил, вызывающих изменение и связанное с ним напряжение.

Пластическая деформация : Пластическая деформация – остаточная деформация или изменение формы твердого тела без разрушения под действием постоянной силы.

Обратимость

Упругая деформация : Упругая деформация обратима.

Пластическая деформация : Пластическая деформация необратима.

Состояние после деформации

Упругая деформация : Упругая деформация непостоянна. Вещество может вернуться в исходное состояние обратно.

Пластическая деформация : Пластическая деформация является постоянной. Вещество остается неизменным после снятия напряжения.

Химические связи

Упругая деформация : Упругая деформация вызывает растяжение и изгиб химических связей вещества.

Пластическая деформация : Пластическая деформация вызывает разрыв некоторых химических связей вещества.

Поведение атомов

Упругая деформация : Атомы не скользят друг относительно друга при упругой деформации.

Пластическая деформация : Атомы скользят друг относительно друга во время пластической деформации.